[实用新型]一种二次电池用复合电极及二次铝电池

说明书

技术领域

本实用新型属于电化学和新能源产品领域，涉及一种二次电池用复合电极，以及一种以该复合电极为正极的二次铝电池。

背景技术

随着电子和通讯设备、电动汽车、风力发电和光伏发电等新电源的快速发展，人类对配套电源的电池性能需求越来越高，迫切需要开发具有能量高、成本低、寿命长、绿色环保、电池材料资源丰富以及可循环利用的动力电池和储能电池。金属铝的理论比容量仅次于锂，但其体积比容量是锂的四倍，高于其他任何金属材料，因此二次铝电池具有很高的应用潜力和商业价值。

目前二次铝电极的正极材料研究较多的为硫类，但在充放电的过程中含硫中间产物容易在电解液中溶解，导致电池充放电的库伦效率降低，而且含硫中间产物随着电解液扩散到负极表面会形成沉积或与负极发生反应形成钝化膜，降低负极反应活性，导致不可逆的容量损失。因此，如何改善材料的导电性，并解决充放电中间产物的溶解问题，提高电池的循环性能，是硫基正极材料的研究重点。

目前通常是将单质硫负载到具有高比表面积、高孔隙率及良好导电性能的碳素类材料和导电聚合物中，形成复合正极材料，以限制循环过程中硫基化合物溶入电解液和由此引起的各种负面作用。其中，导电聚合物具有储存电荷的能力高、对氧和水稳定性好、电化学性能良好、密度小等优点，并且具有可逆的氧化/还原特性，在复合物电极中既可作为导电基质又可作为活性物质，已被用于高分子锂电池及太阳能电池等的电极材料。

在含硫材料的表面包覆一层具有离子选择性的过渡金属硫化物或氧化物，也可防止电极材料与电解液的直接接触，抑制相转变，改善复合材料结构稳定性，以此减小多硫化物及其还原产物在电解液中的溶解，达到提高电池的循环可逆性并抑制自放电的目的。

发明内容

（一） 发明目的

本实用新型的目的在于解决硫正极所存在的问题，提供了一种二次电池用复合电极，所述电极活性物质包括纳米尺寸的导电聚合物、二氧化钛和硫，既具有导电聚合物优良的导电性，同时又具有无机纳米粒子独特的物理化学性能，电化学性能优良。

所述电极活性物质具有核壳结构，从里到外依次为硫-导电聚合物-二氧化钛，或者硫-二氧化钛-导电聚合物。纳米尺寸的二氧化钛和导电聚合物所特有的体积效应、表面效应等物理化学性能，能有效改善单质硫及其电化学反应产物导电性差的缺陷，大幅度提高正极活性物质的导电能力；同时，对放电反应的中间产物有一定的吸附作用，可有效抑制充放电过程中硫的溶失；另外，对硫在充放电过程中的体积变化能起到缓冲作用从而一定程度上避免了电极的破坏。此外，电极制备过程中无需另外添加导电剂，二者还能作为活性物质的补充，进一步提升电极容量，进而提升电池整体的充放电效率和循环性能。

本实用新型的目的还在于提供一种以所述复合电极为正极的二次铝电池。

（二）  技术方案

为实现上述实用新型目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种二次电池用复合电极，包括电极活性物质、粘结剂和集流体，其特征在于，电极活性物质由二氧化钛、导电聚合物和硫组成，所述电极活性物质具有核壳结构，其中核为硫，在硫外面包覆有二氧化钛和导电聚合物，结构由里到外依次为硫、导电聚合物、二氧化钛；或者，硫、二氧化钛、导电聚合物。

本实用新型所述的二次电池用复合电极，其特征在于，所述二氧化钛、导电聚合物和硫均为纳米尺寸。

本实用新型所述的二次电池用复合电极，其特征在于，所述复合材料包含二氧化钛5~15wt%，10~25wt%导电聚合物，60~75wt%硫。

本实用新型所述的二次电池用复合电极，其特征在于，所述导电聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚丙烯腈中的任意一种。

本实用新型所述的电极活性物质的制备，包括如下步骤：

（a）纳米硫的制备

将一定量的浓硫酸加入含少量聚乙烯吡咯烷酮的硫代硫酸钠水溶液中，反应2~3h，形成纳米硫颗粒悬浮溶液，离心过滤，洗涤干燥制得纳米硫；

（b）复合导电聚合物

采用原位聚合法，将制备好的纳米硫加入含有上述聚合物单体的溶液中，加入相应的分散剂和引发剂，在纳米硫表面原位聚合导电聚合物；

（c）复合二氧化钛

采用化学沉积法，配制含有上述金属氧化物所对应金属离子的溶液，向其中加入单质硫，将混合液置于60℃左右恒温水浴中，搅拌同时超声振荡，反应2~10h后，离心分离沉淀，以去离子水和乙醇清洗干净，40℃左右真空干燥，获得复合材料；

其中，步骤（b）和（c）可以互换顺序。